АГРОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА НЕОБРАТИМЫХ ТЕХНОГЕННЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ НА ИЗМЕНЕНИЕ СЕРЫХ ЛЕСНЫХ ПОЧВ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ НАУКИ

УДК 632.125: 631.445.25

АГРОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА НЕОБРАТИМЫХ ТЕХНОГЕННЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ НА ИЗМЕНЕНИЕ СЕРЫХ ЛЕСНЫХ ПОЧВ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ

Елизаров Н.А., магистрант 1 курса направления подготовки 35.03.04 «Агрономия», кружок НИРС «Экология почвы». Научный руководитель: д.с.-х.н., профессор Степанова Л.П. ФГБОУ ВО Орловский ГАУ

АННОТАЦИЯ

Современные почвы подвергаются воздействию различных загрязняющих веществ, поступающих из атмосферы, что приводит к падению плодородия почв, к загрязнению водной и воздушной среды, к снижению урожайности сельскохозяйственных культур и ухудшению качества продукции. Производственная деятельность человека становится мощным фактором почвообразования и изменения плодородия почвы на значительных пространствах суши. В России наблюдается повсеместное увеличение площади нарушенных сельскохозяйственных земель. Причинами этого, зачастую, является незаконное проведение земляных работ (закладка карьеров, прокладка труб или кабелей), или нарушения технологии их выполнения, что обусловливает уничтожение плодородного слоя почвы. При этом, скорость восстановления плодородного слоя почвы без участия человека составляет 1 см за 100 лет, а проведение рекультивационных работ требует значительных экономических, технических и временных затрат.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА

Плодородный слой, солевая вытяжка, серая лесная, гранулометрический, микроагрегатный, необратимые антропогенные изменения.

ABSTRACT

Modern soils are exposed to various pollutants coming from the atmosphere, which leads to a decrease in soil fertility, to pollution of the water and air, to a decrease in crop yields and a deterioration in product quality. Human production activity becomes a powerful factor in soil formation and changes in soil fertility in large areas of land. In Russia there is a widespread increase in the area of disturbed agricultural land. The reasons for this are often illegal excavation (laying quarries, laying pipes or cables), or a violation of the technology for their implementation, which leads to the destruction of the fertile soil layer. At the same time, the restoration rate of the fertile soil layer without human intervention is 1 cm per 100 years, and reclamation work requires significant economic, technical and time costs.

KEYWORDS

Fertile layer, salt extract, gray forest soil, granulometric, microaggregate, irreversible anthropogenic changes.

Введение. Почвенный покров планеты Земля в большей или меньшей степени подвержен антропогенным воздействиям - от минимальных, обусловленных изменениями в соотношении парниковых газов в атмосфере, до практически полного уничтожения при добыче полезных ископаемых или проведении строительных работ. Почвы, изменённые производственной деятельностью человека морфологически или аналитически в свойствах почв, называются антропогенно-изменёнными [1, 2, 3, 6, 7].

При этом вид хозяйственной деятельности обусловливает главное направление изменения почв, так как многие действия человека могут быть сходны с природными явлениями (посадка деревьев, кротовой дренаж и др.), или возможны ситуации, несопоставимые с условиями формирования исходных почв, например, орошение почв. С другой стороны, значительное влияние на почвы оказывает продолжительность хозяйственной деятельности человека, которая может быть долговременным воздействием, или краткосрочным и даже однократным воздействием при проведении строительных работ [4, 5, 8].

Необратимый характер техногенных вмешательств в почвы объясняется тем, что они либо принципиально нарушают само существование почвы, вплоть до уничтожения, либо наполняют почву чужеродными веществами, изменяющими её функционирование [9, 10].

В связи с этим, установление степени устойчивости почвы к антропогенным воздействиям, характера деградационных изменений и антропогенной преобразованности почв сельскохозяйственных земель является важным с точки зрения теоретической значимости и актуальности в оценке особенностей проявления и развития элементарных почвенных процессов на землях сельскохозяйственного назначения и представляет основное содержание экологических программ, разработок оценок воздействий на окружающую среду, экологической экспертизы и мониторинга, что определило цель и задачи наших исследований.

Цель исследований: установить степень и характер антропогенной преобразованности серых лесных почв земель сельскохозяйственного назначения.

При этом решению подлежат следующие задачи:

1. Оценить степень вреда, причинённого почвам сельскохозяйственных земель, в результате снятия плодородного слоя почвы при проведении карьерных работ.

2. Установить степень изменения показателей плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения по величине рН; содержанию органического вещества; степени обеспеченности доступными формами К20 и Р205 в связи с уничтожением плодородного слоя почвы при закладке карьера и отсутствии рекультивационных работ.

3. Выявить характер изменения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава серых лесных почв нарушенных земель.

Объекты и методы исследования: исследования проводили на земельном участке сельскохозяйственного назначения с кадастровым номером 46:03:130711:11 площадью 30 000 м2, с почвенными пробами серых лесных почв, отобранными на глубине 0-5 см и 5-20 см.

Определение рН солевой вытяжки выполняли по ГОСТ 26483-85 Почвы. Приготовление солевой вытяжки и определение её рН по методу ЦИНАО.

Гранулометрический и микроагрегатный состав определяли по ГОСТ 125362014 Грунты. Методы лабораторного определения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава почвы.

Содержание подвижных соединений обменного калия и подвижного фосфора выполняли по ГОСТ Р 54650-2011 Почвы. Определение подвижных соединений фосфора и калия по методу Кирсанова в модификации ЦИНАО.

Отбор почвенных образцов осуществляли согласно ГОСТ 17.4.3.01-2017 Охрана природы. Почвы. Общие требования к отбору проб. Для отбора проб почвы использовали лопату копательную остроконечную ГОСТ 19596-87.

Результаты и обсуждение. Анализ результатов испытаний почвенных проб на характеристику показателей плодородия серых лесных почв, нарушенных проведением карьерных работ на территории исследуемого земельного участка, показал, что в сравнении с пробой почвы, взятой с глубины 5-20 см ненарушенных серых лесных почв, доказаны значительные изменения в количественном содержании показателей, характеризующих гумусовое состояние почвы (табл. 1). Если в верхнем слое ненарушенной серой лесной почвы (5-20 см) количество органического вещества

установлено в пределах 2,3±0,5%, то в пробах почвы с нарушенным плодородным слоем количество органического вещества резко снижается до уровня 0,5-0,9%, то есть в 2,6-4,6 раза ниже контрольного уровня органического вещества в ненарушенных почвах, и только в одной пробе количество органического вещества установлено на уровне 1,4±0,3%, что в 1,6 раза ниже фонового уровня гумусированности почвы.

Таблица 1 - Показатели изменения плодородия серой лесной почвы земельного участка сельскохозяйственного назначения, нарушенной карьерными работами

.0 га о I , ^ го >5 ° ^ о о" о> т К2О Р2О5 Гранулометрический (зерновой) состав, %

№ проб почвы О -Г т £ § о о 10-5 мм 1-0,5 мм <0,5 мм

Ю £1 > о о £ 5 I 0) £5 3е £1 0) О ш мг/кг 5 м о Л 5-2 мм 2-1 мм

1 5-20 7,9 0,5±0,1 171±17 138±28 3,5 6,3 12,0 17,0 25,0 36,2

2 0-5 7,8 1,4±0,3 177±18 245±49 2,9 5,4 8,5 16,3 28,3 38,6

3 0-5 8,1 0,8±0,2 172±17 135±27 3,2 6,2 8,1 19,2 27,3 36,0

4 0-5 8,0 0,9±0,2 163±16 25±9 3,8 5,7 7,9 16,2 29,3 37,1

5 фон 5-20 5,3 2,3±0,5 132±13 358±72 3,0 6.1 8,0 16,2 29,8 36,9

Резкое снижение содержания органического вещества в верхнем 0-5 и 5-20 см слое нарушенной почвы даёт основание сделать вывод о практически полном уничтожении гумусового плодородного слоя нарушенной карьерными работами серой лесной почвы, что потребует значительных экономических затрат на восстановление плодородного гумусированного слоя (0-20 см) серой лесной почвы.

Доказано значительное изменение степени кислотности в антропогенно-изменённой почве. Если в контрольной пробе почвы величина кислотности характеризуется значением рН солевой вытяжки 5,3 ед. и оценивается как слабокислая, то в пробах почвы, взятых с территории нарушенных земель, величина рН возрастает до 7,8-8,1 ед. и оценивается как слабощелочная реакция среды, что является неопровержимым доказательством вертикального, профильного нарушения почвы проведением и закладкой карьера, что обусловило вынос на поверхность почвообразующих пород, содержащих карбонаты кальция. Щелочность почвы способствует снижению агрегативной устойчивости почв, увеличению растворимости органических веществ, увеличению плотности и ухудшению водно-физических свойств почвы, уменьшению ее сорбционной способности.

Питательный режим почвы, оцениваемый количеством обменного калия К20 и подвижного фосфора Р205, в соответствии с полученными результатами показывает, что содержание обменного калия в сравнении с контрольной пробой почвы возрастает со 132 мг/кг до 177 мг/кг, то есть в 1,2-1,35 раза и характеризует степень изменения калийного режима со средней обеспеченности обменным калием в контроле до повышенного уровня обеспеченности в пробах почвы нарушенного земельного участка.

При этом, значительным изменениям подвергается фосфатный режим почв, если в контрольной пробе серой лесной почвы установлена «очень высокая» степень содержания подвижного фосфора - 358 мг/кг, то в пробах нарушенной карьерными работами серой лесной почвы количество подвижного фосфора резко снижается. При этом фосфатный режим нарушенной почвы характеризуется значительными колебаниями в содержании от «очень низкой» обеспеченности 25 мг/кг до «средней» степени обеспеченности 135-138 мг/кг и «высокой» обеспеченности - 245 мг/кг.

Установленная резкая неоднородность почвенного покрова нарушенного земельного участка является следствием выполнения карьерных работ, приведших к

уничтожению профильной целостности серых лесных почв и утрате плодородного гумусированного слоя почвы. При этом, наличие карьерной выемки глубиной 6 м оказывает значительное действие на изменение режима грунтовых подземных вод, что обусловливает ухудшение водно-воздушного режима не только почв нарушенных земель, но и почвенного покрова нарушенных территорий.

Данные гранулометрического (зернового) состава серой лесной почвы подтверждают преобладание в агрегатном составе фракций размером от 1 до 0,5 мм и менее 0,5 мм, которые в сумме составляют 66,7% в контрольной ненарушенной почве и 61,2-63,3% в пробах почвы нарушенных земель, при этом, более благоприятные водно-воздушные свойства обеспечивают агрегаты размером 10-11 мм, количество которых изменяется в пробах почвы, взятых на территории нарушенных земель.

Таким образом, проведение карьерных работ на исследуемом земельном участке обусловило изменение главных показателей почвенного плодородия - это значительное снижение и утрата почвами нарушенных земель органического вещества, ухудшение реакции среды почвы в сторону увеличения ее щелочности, ухудшение питательного режима и создание высокой неоднородности в содержании питательных элементов как относительно подвижного фосфора, так и в количестве обменного калия, изменение гранулометрического состава почв исследуемой территории. При этом, принимая во внимание площадь земельного участка, нарушенного карьерными работами, и существованием на настоящее время карьера, следует сделать вывод о полном уничтожении серой лесной почвы и ее профильной целостности, резком ухудшении как плодородия почв исследуемой территории, так и о необратимых антропогенных изменениях почв на земельном участке сельскохозяйственного назначения, что является доказательством уничтожения плодородного слоя почвы и нанесённого ей вреда.

Выводы:

1. На земельном участке почв сельскохозяйственного назначения установлено снижение основных показателей почвенного плодородия серых лесных почв, доказано уничтожение (порча) плодородного слоя почвы в результате краткосрочных необратимых антропогенных воздействий проведением карьерных работ.

2. Установлены темпы снижения содержания органического вещества в слое почвы 0-5 см и 5-20 см в результате нарушения гумусового слоя почвы в пределах 2,64,6 раза или 15% в сравнении с количеством органического вещества в пахотном горизонте ненарушенной фоновой почвы. Так, темпы снижения гумуса в антропогенно-изменённых почвах достигали 0,9-1,8%. Количество утраченного запаса гумуса из пахотного 0-20 см слоя почвы составило 54 т с 1 га.

3. Доказаны значительные колебания в количестве обменного калия в антропогенно-преобразованных необратимыми техногенными вмешательствами серых лесных почвах земель сельскохозяйственного назначения. Увеличение количества обменного калия (K2O) в нарушенных почвах достигало в среднем 31-45 мг/кг в сравнении с контрольным (132 мг/кг) содержанием обменного калия в пробах ненарушенной почвы, с колебаниями в содержании от 163 мг/кг до 177 мг/кг в пробах почвы нарушенных земель.

4. Установлена степень снижения количества доступного фосфора в почвах с техногенно-нарушенным генетическим профилем. Так, в почвах нарушенных земель количество подвижных форм фосфора снижалось в 14,3 раза в сравнении с количеством подвижного фосфора контрольной почвы - 358 мг/кг в слое 5-20 см, при средневзвешенном уровне его содержания - 135,7 мг/кг в слое 0-20 см.

5. Характер изменения гранулометрического (зернового) состава серой лесной почвы подтверждается преобладанием в агрегатном составе фракций размером от 1 до 0,5 мм и менее 0,5 мм, которые в сумме составляют 66,7% в контрольной ненарушенной почве и 61,2-63,3% в пробах почвы антропогенно-нарушенных земель.

6. Доказано значительное снижение степени кислотности необратимо антропогенно-изменённой серой лесной почвы: если в контрольной пробе почвы

величина кислотности характеризуется значением pH солевой вытяжки 5,3 ед. и оценивается как слабокислая, то в пробах почвы, взятых с территории нарушенных земель, величина pH возрастает до 7,8-8,1 ед. и оценивается как слабощелочная реакция среды.

Библиография:

1. Добровольский Г.В., Никитин Е.Д. Экология почв. Учение об экологических функциях почв: Учебник. М.: Изд-во Моск. ун-та; Наука, 2015. 364 с.

2. Экогеохимия ландшафтов: Учебное пособие / И.С. Кауричев, Л.П. Степанова, В.И. Савич, Е.В. Яковлева, Е.А. Коренькова. Орел.: Орел ГАУ, 2014. 312 с.

3. Агроэкологическая оценка земель, проектирование адаптивно-ландшафтных систем земледелия и агротехнологий: Методическое руководство / Под ред. В.И. Кирюшина, А.Л. Иванова. М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2005. 794 с.

4. Савич В.И. Физико-химические основы плодородия почв. М.: РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева, 2013. 431 с.

5. Савич В.И., Никиточкин Д.Н., Гукалов В.Н. Оптимизация свойств почв в период интенсивного ведения сельскохозяйственного производства и загрязнения среды. М.: ВНИИА, 2014. 470 с.

6. Состояние плодородия антропогенно-измененных серо-лесных почв и его эколого-экономическая оценка / Л.П. Степанова, Е.В. Яковлева, Е.А. Коренькова, А.В. Писарева // Вестник РУДН серия Экология и безопасность жизнедеятельности. 2015. № 3. С. 105-114.

7. Степанова Л.П., Организация и особенности проектирования экологически безопасных агроландшафтов: Учебное пособие / Под ред. Л.П. Степановой. 2-е изд., доп. СПб.: Издательство «Лань», 2017. 268 с.

8. Степанова Л.П., Яковлева Е.В., Писарева А.В. Экологическая оценка влияния антропогенного воздействия на физико-химические свойства урбанозёмов, дерново-подзолистой почвы парковой зоны (г. Москва) и серой лесной почвы (шлаковый отвал п. Думчино) // Агробизнес и экология. 2015. Т. 2. № 2. С. 244-246.

9. Экологическая оценка структуры микробиологического комплекса техногенно-трансформированных земель / Л.П. Степанова, Е.В. Яковлева, А.В. Писарева, В.А. Раскатова // Агрохимичекий вестник. № 3. 2016. С. 20-25.

10. Степанова Л.П., Яковлева Е.В., Писарева А.В. Геохимическая характеристика антропогенно-преобразованных ландшафтов // Агрохимия. 2016. № 10. С. 96-103.

УДК 631.445.25:631.472.71:631.452:631.459

ВЛИЯНИЕ ЭРОЗИОНННЫХ ПРОЦЕССОВ НА ПЛОДОРОДИЕ ПАХОТНЫХ СВЕТЛОСЕРЫХ ЛЕСНЫХ ПОЧВ

Желтякова М.Г., бакалавр 3 курса направления подготовки 35.03.03. «Агрохимия и агропочвоведение», кружок НИРС «Экология почвы». Научный руководитель: д.с.-х.н., профессор Степанова Л.П. ФГБОУ ВО Орловский ГАУ

АННОТАЦИЯ

Размыв поверхности суши, как и смыв почвы, в определенных условиях протекает постоянно, но с различной интенсивностью. Ускоренная эрозия почв вызвана хозяйственной деятельностью человека: вырубка лесов, распашкой степей, уничтожением растительного покрова. При этом распашка почв обусловливает развитие эрозионных процессов в определенных природных условиях: воздействие